Metabolizmus bílkovin

Roku 1997 byla poprvé udělena Mezinárodní cena Institutu Danone, určená vědeckým pracovníkům zabývajícím se výživou. Jejím laureátem se r. 1997 stal profesor nutriční biochemie na Massachusettské technice (MIT) v Bostonu Vernon R. Young. Oboru se věnuje více než 30 let, publikoval přes 500 vědeckých článků, které jsou bohatě citovány. Jeho činnost je široce uznávána, různá vědecká ocenění mu byla udělována již dříve. V letech 1991–1992 se stal prezidentem Amerického institutu výživy.

Nejznámější jsou Youngovy studie metabolizmu proteinů a aminokyselin. Zaměřil se na jeho změny během životního cyklu, tedy na odlišnosti související s přibývajícím věkem. Pozornost věnoval také vlivům nedostatku potravy či nedostatku různých látek v potravě a vlivu patologických stavů, např. popálenin.

Na základě vlastních zkušeností z výzkumu si kladl otázky, do jaké míry jsou oprávněné současné doporučené dávky pro bílkoviny i pro jednotlivé aminokyseliny. Vyvinul nové biochemické metody a techniky zaměřené na hodnocení metabolizmu bílkovin i aminokyselin. Týkají se především využití stabilních izotopů při průkopnických metodách studia turnoveru (obratu, tedy současného rozkladu a syntézy) bílkovin v kosterních svalech.

Série Youngových pokusných prací, na nichž se podílel s profesorem Nevinem S. Scrimshawem a dalšími spolupracovníky, se týkala ztrát dusíku z organizmu jedinců různého věku. Měření ukázala, že bílkoviny v doporučené dietě působí méně efektivně, než se předpokládalo. Závěry pokusů vedly k zpochybnění současného konceptu biologických hodnot bílkovin ve výživě, a proto bylo nutno přezkoumat údaje o doporučených dávkách bílkovin ve stravě, které připravila Organizace pro výživu a zemědělství FAO ve spolupráci se Světovou zdravotnickou organizací WHO (o mezinárodních organizacích hodnotících zdravotní nezávadnost potravin viz též Vesmír 77, 672, 1998/12). Změny se týkaly především lidí ve věku 56–80 let. Doporučené dávky „bezpečného“ příjmu bílkovin pro starší lidi se pak jevily nejméně o 25 % nižší.

Ukázalo se například, že u dětí s popáleninami syntéza bílkovin vzrůstá zároveň se zvýšenými hodnotami jejich rozpadu. Z nálezu vyplývá, že doporučené dávky bílkovin pro popálené děti je třeba oproti dávkám pro zdravé děti zvýšit.

Zkoumáním jednotlivých aminokyselin Youngova skupina prokázala, že jejich plazmatické hladiny odpovídají změnám v příjmu těchto aminokyselin z poskytované potravy. První studie Youngovy skupiny se týkaly matabolizmu esenciální (viz dále) aminokyseliny tryptofanu, na ně navazoval výzkum treoninu, valinu a lyzinu. Ukázalo se, že plazmatické hladiny všech těchto aminokyselin i jejich odpověď jsou velmi citlivé ukazatele momentu, kdy koncentrace aminokyseliny začíná být nevyhovující pro zachování normálního stavu obratu (rozkladu a syntézy) proteinů v lidském organizmu.

Jak neesenciální (postradatelné), tak esenciální (podstatné, nezbytné) aminokyseliny se z lidského organizmu ztrácejí prostřednictvím oxidace. Analýza dříve publikovaných studií o takových ztrátách dusíku a o jeho celkovém obratu v organizmu utvrdila Youngovu skupinu v názoru, že dosavadní doporučené dávky aminokyseliny jsou příliš nízké. Studie jejich obratu s použitím aminokyselin značených radioaktivním uhlíkem tento názor potvrdily. Výsledky pokusů vedly k závěru, že minimální dávky aminokyselin pro dospělé jsou 2krát až 3krát vyšší, než doposud doporučovala Organizace pro výživu a zemědělství spolu se Světovou zdravotnickou organizací, a byly aktuálně srovnatelné s dosavadními doporučenými dávkami pro děti ve věku 2–5 let. Jedinou výjimkou byla aminokyselina obsahující síru, tj. metionin, ale i příjem této aminokyseliny je třeba poněkud zvýšit. Výsledky zmíněné práce jsou dosud značně kontroverzní, a proto Young se spolupracovníky pokračuje ve výzkumu. Snaží se poskytnout důkazy, jimiž by své závěry podpořil.

Krom toho značnou část své činnosti tato skupina věnovala využití stabilních izotopů dusíku, vodíku, kyslíku a uhlíku, například ¹⁵N, ²H, ¹⁸O nebo ¹³C, které se používaly pro studie potřeb aminokyselin. Užití izotopu dusíku ¹⁵N umožnilo studie látkové přeměny dusíku u dětí předčasně narozených a u dětí se spáleninami. Studie starších lidí, jimž byly do organizmu průběžně infuzí vpravovány stabilní izotopy (postup vyvinul V. R. Young spolu s D. Bierem), ukázaly, že kosterní svaly těchto lidí v období stárnutí stále méně přispívají k celkovému obratu bílkovin. Studie s použitím stabilních izotopů umožnily též určit potřebné množství specifických aminokyselin. Navíc tato měření prokázala, že syntéza neesenciálních aminokyselin, například alaninu, byla závislá na příjmu sacharidů a také na poměru mezi přijímanými bílkovinami a celkovým příjmem energie.

Další nesmírně důležitou neinvazivní procedurou, kterou se Youngova skupina zabývala, je měření denního výdeje 3-methyl-histidinu (3-Mehis), který je ukazatelem obratu svalových bílkovin v lidském organizmu. Young ukázal, že jedním z produktů rozpadu proteinů ve svalových buňkách je derivát aminokyselin 3-Mehis. Zvýšený rozpad svalových bílkovin je odpovědí například na stres vyvolaný infekčím onemocněním. I mírná infekce zvětšuje účinek nedostatku bílkovin ve stravě, což má na lidské zdraví mimořádný vliv, zejména v rozvojových zemích.

V kontrastu s ostatními aminokyselinami se 3­Mehis neinkorporuje znovu do svalových bílkovin. Vylučování 3-Mehis za den souvisí s výdejem dusíku z kosterních svalů, což se určuje dalšími, mnohem invazivnějšími metodami. Měření 3-Mehis je zatím jedinou neinvazivní metodou pro zjišťování degradace svalových bílkovin u člověka. Tato metodika se stala jedním z nejužívanějších postupů pro podobné účely a používá ji řada dalších výzkumných skupin.

Další Youngův výzkum byl zaměřen na přeměnu minerálních látek v lidském organizmu. Jeho studie se zabývaly vstřebáváním železa, zinku, mědi a selenu. Youngova skupina ve spolupráci s M. Janghorbani vyvinula metody zjišťování stabilních izotopů těchto kovů v krvi, moči a stolici. Je známa řada chorobných stavů způsobených nedostatkem některé látky v důsledku proteinenergetické malnutrice (poruchy vyvolané nedostatečným přívodem potravy). Díky použití stabilních izotopů byly objeveny zvláštní oddělené mechanizmy sloužící k vstřebávání zinku a mědi. Dále se zjistilo, že míra vstřebávání se zvětšuje, když je příjem potravy omezen. Úroveň obou kovů v západní dietě (stravě západních zemí) se jeví jako vhodná pro populaci obecně i pro zdravé starší osoby. Kdyby se tato technika rozšířila o zkoumání metabolizmu selenu, získal by se platný ukazatel obratu tohoto prvku, jehož denní příjem v různých částech světa značně kolísá.

Youngova pracovní skupina se také vždy zabývala problémem kvality bílkovin, tj. schopností bílkovin obsažených v potravě poskytovat odpovídající úroveň nezbytných aminokyselin stejně jako celkového dusíku a energie. Young například zkoumal hodnotu bílkovin sójových bobů jakožto jediného zdroje bílkovin. Po několik měsíců sledoval skupinu dobrovolníků. Tito lidé snášeli sójovou bílkovinu velmi dobře, udržovali si stálou tělesnou hmotnost i tělesné složení a nevykazovali žádné alergické reakce. Navíc tato bílkovinná dieta neměla žádný účinek na vstřebávání zinku, což se zjišťovalo metodou stabilních izotopů. Proto Young dospěl k závěru, že bílkoviny sójových bobů mohou sloužit i jako jediný zdroj dusíku a potřebných esenciálních aminokyselin. Tato jeho práce ve Spojených státech podpořila přijetí metody, která zjišťuje výživnou hodnotu bílkovin v potravě stanovením potřeb jednotlivých aminokyselin.

Je velmi obtížné vybrat jedno téma, které by charakterizovalo rozmanitý výzkum výživy, jímž se V. Young zabýval v průběhu více než třiceti let. Z rozboru jeho práce vyplývá snaha zpochybňovat současné ortodoxní názory a podrobovat je dalšímu zkoumání.

V rámci své přednášky r. 1987 v americké Společnosti klinické výživy, jež se týkala potřeby aminokyselin v organizmu zdravého dospělého člověka, pronesl výrok, který může sloužit výzkumu výživy obecně: „Neměli bychom nekriticky přijímat nic z toho, co se v oboru lidské výživy již před mnoha lety stalo dogmatem.“ To znamená, že je třeba pokračovat v intenzivním výzkumu i tam, kde je zdánlivě vše jasné. A právě to zůstává pracovní náplní V. Younga i nadále. ¨